【期中知识点归纳】（人教版2019）2023-2024学年高二上学期物理 选修1第四章 光 知识点归纳 试卷.zip

第四章  光

重点掌握知识清单01  光的反射和折射

1.反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于           ；反射角         入射角.

2.折射定律:折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；           与          成正比，即＝n12(式中n12是比例常数).

在光的反射、折射现象中，光路是        的

3.折射率

（1）定义:光从真空射入某种介质发生折射时，         与         之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率.即n＝.

（2）折射率与光速的关系

某种介质的折射率，等于光在    中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝.

注：①光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都       1.

②某种介质的折射率       ，光在该介质中的传播速度      .

③由于c＞v，故任何介质的折射率n都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1.

重点掌握知识清单02 光的全反射  

1.光疏介质和光密介质

(1)光疏介质：折射率较     (填“大”或“小”)的介质.

(2)光密介质：折射率较       (填“大”或“小”)的介质.

(3)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的.

2.全反射现象

(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射.若入射角增大到某一角度，折射光线完全消失，只剩下      光线的现象.

(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于     时的入射角.用字母C表示，光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C＝    

(3)全反射发生的条件

①光从      介质射入光疏介质.   ②入射角           临界角.

重点掌握知识清单03  光所特有的现象   

1、光的干涉

（1）光产生干涉的条件

两束光的频率       、相位差恒定、振动方向相同，杨氏双缝干涉实验是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的.

（2）干涉图样

(1)单色光的干涉图样：干涉条纹是         的明暗相间的条纹.

(2)白光的干涉图样：中央条纹是      的，两侧干涉条纹是      条纹.

（3）出现明暗条纹的判断

①亮条纹：当两个光源与屏上某点的        之差等于半波长的     (填“奇”或“偶”)数倍时，出现       条纹.

②暗条纹：当两个光源与屏上某点的       之差等于半波长的    (填“奇”或“偶”)数倍时，出现      条纹.

2、光的衍射

发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸可以跟光的波长     ，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显.

3、光的偏振

（1）偏振光：在垂直于        的平面上，沿着某个       的方向振动，这种光叫做偏振光.

（2）光的偏振现象说明光是一种     波.

4、激光的特点及应用

重点掌握知识清单04 关于光的两个实验     

实验：测定玻璃的折射率

一、实验原理

用插针法确定光路，找出与入射光线相应的出射光线，就能在玻璃砖中画出对应的   光线，从而可以测出一组对应的     和     ，根据折射定律，便可求出玻璃的折射率.

二、实验数据处理方法

1.计算法：通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的     ，再代入n＝中求出多个n的值，然后取其      ，即为玻璃砖的折射率.

2.单位圆法

(1)以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′，分别交NN′于点H、H′，如图所示.

(2)由图中关系知sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝，只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n.

3.图象法：求出多组对应的入射角与折射角的      ，作出sin θ1－sin θ2图象，由n＝可知图象应为直线，如图所示，其斜率为      .

三、注意事项

1.实验中，玻璃砖在纸上的位置        移动.

2.不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用.

3.大头针应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的          .

4.实验中入射角不宜过小或过大，否则会使测量误差         .

实验：用双缝干涉测量光的波长

一、实验原理

如图所示，两缝之间的距离为d，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略.

两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0＝l.则相邻两个   或 的中心间距：Δx＝λ.若已知双缝间距，再测出双缝到屏的距离l和条纹间距Δx，就可以求得光波的          .

二、实验数据的处理方法

1.安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.

2.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹，则相邻两       间距Δx＝.

3.用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的).

4.重复测量、计算，求出波长的平均值.

三、误差分析

1.光波的        很小，Δx、l的测量对波长λ的影响很大.

2.在测量l时，一般用毫米刻度尺；而测Δx时，用千分尺且采用“累积法”.

3.多次测量求平均值.

四、注意事项

1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件.

2.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去.

3.安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm.

4.调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱.主要原因是灯丝与   、    、测量头与遮光筒不共轴线所致.干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行.

5.测量头在使用时应使中心刻线对应着          条纹的中心.

6.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近.

陷阱一：光的反射与折射的应用   

1.对折射定律的理解

(1)同平面：折射光线与入射光线、法线在同一平面内．

(2)线两旁：折射光线与入射光线分别位于法线两侧．

(3)成正比：当介质一定时，入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即＝n, 而并非两角成正比．折射角θ2随入射角θ1的变化而变化，入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比是定值．

2.解决光的折射问题的基本思路：

(1)根据题意画出正确的光路图．

(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角分别是入射光线、折射光线与法线的夹角．

(3)利用折射定律n＝，结合三角函数的关系进行运算．

【例题1】如图所示，一盛满水的容器外固定一凸透镜，容器中有一光源，光源的光线经水面折射后射向透镜。经透镜后平行射出，若容器中没有水，要使光线经凸透镜射出后仍然平行，则应将光源的位置（　　）

A．适当提高 B．适当降低 C．保持不变 D．不确定

【强化1】物理社团的同学想测量一透明物体的折射率。如图所示，透明物体左右两侧紧靠遮光板，右下方压着一片小树叶，观察点距离透明物体左上边缘的高度为h、水平距离为2h时，恰好看到树叶。移走透明物体（小树叶和遮光板的位置不动），观察点水平向右移动，当水平移动距离时，恰好又看到小树叶。则透明物体的折射率为（　　）

A． B． C． D．2

 【强化2】半径为R的半圆柱形透明材料的横截面如图所示，某实验小组将该透明材料的A处磨去少许，使一激光束从A处射人时能够沿AC方向传播。已知AC与直径AB的夹角为30°，激光束到达材料内表面的C点后同时发生反射和折射现象，从C点的出射光束恰与AB平行（图中未画出）。该材料的折射率为（　　）

A． B． C． D．

 陷阱二：全反射的理解及应用 

求解全反射问题的思路

1．求解全反射问题的步骤

(1) 确定光是由光疏介质射入光密介质还是由光密介质射入光疏介质．

(2) 若光由光密介质射入光疏介质，则根据sinC＝确定临界角，看是否发生全反射．

(3) 根据题设条件，画出入射角等于临界角的临界光路．

(4) 运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换，从而进行动态分析或定量计算．

2．求光线照射的范围时，关键是找出边界光线，如果发生全反射，刚好能发生全反射时的临界光线就是一条边界光线，而另一条光线可以通过分析找出．确定临界光线时，关键是确定光线在什么位置时入射角等于临界角．

【例题2】如图所示，一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直于ab面入射，有光线从ab面射出．以O点为圆心，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab面射出，则该玻璃砖的折射率为(　　)

A.     B.    C.     D.

【强化3】如图所示是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2.若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程，下列判断中正确的是(　　)

A．n1<n2，光通过光缆的时间等于

B．n1<n2，光通过光缆的时间大于

C．n1>n2，光通过光缆的时间等于

D．n1>n2，光通过光缆的时间大于

 【强化4】(2020·浙江)如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角θ＝60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行．已知真空中的光速为c，则(　　)

A．玻璃砖的折射率为1.5

B．O、P之间的距离为R

C．光在玻璃砖内的传播速度为c

D．光从玻璃到空气的临界角为30°

陷阱三：光的干涉与衍射的理解

单缝衍射与双缝干涉的比较

1.不同点

(1)产生条件

(2)图样

2.相同点

(1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果.

(2)都是波特有的现象，表明光是一种波.

【例题3】（2019·北京）利用图1所示的装置（示意图），观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样．下列关于P处放置的光学元件说法正确的是

A．甲对应单缝，乙对应双缝

B．甲对应双缝，乙对应单缝

C．都是单缝，甲对应的缝宽较大

D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大

【例题4】（2021·浙江高考）肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是（　　）

A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形

B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹

C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化

D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动，条纹也会跟着转动

【强化5】（2020·山东高考）双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为。玻璃片厚度为10，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是（　　）

A． B． C． D．

 【强化6】（2021·山东高考）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是（　　）

A． B．

C． D．

陷阱四：两个实验的注意事项和分析   

折射率实验：

1.实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动.

2.不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用.

3.大头针应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差.

4.实验中入射角不宜过小或过大，否则会使测量误差增大.

双缝干涉实验

1.安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm.

2.调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱.主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致.干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行.

3.测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心.

4.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近.

【例题5】（2021·浙江高考）图示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中:

①观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是___________。(单选）

A．旋转测量头      B．增大单缝与双缝间的距离      C．调节拨杆使单缝与双缝平行

②要增大观察到的条纹间距，正确的做法是___________ (单选）

A．减小单缝与光源间的距离      B．减小单缝与双缝间的距离

C．增大透镜与单缝间的距离      D．增大双缝与测量头间的距离

 【例题6】在“测量玻璃的折射率”实验时：

(1)下列做法正确的是________。

A.入射角越大，误差越小

B.在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面

C.实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量

D.判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部

(2)小明同学所画界面和在插针时玻璃砖的位置如图甲所示，根据插针与纸上已画的界面确定入射点与出射点，依据上述操作所测得的折射率________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。

(3)小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置P1、P2、P3和P4，AB和CD是描出的玻璃砖的两个边，如图乙所示，请在虚线框中画出光路图。

【强化7】（2019·全国高考）某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光：调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：

（1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可__________；

A．将单缝向双缝靠近

B．将屏向靠近双缝的方向移动

C．将屏向远离双缝的方向移动

D．使用间距更小的双缝

（2）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ=_________；

（3）某次测量时，选用的双缝的间距为0．300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为______________nm（结果保留3位有效数字）。

 【强化8】小但同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行。正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示。

（1）此玻璃的折射率计算式为n＝________（用图中的θ1、θ2表示）；

（2）如果有几块宽度不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________（填“大”或“小”）的玻璃砖来测量。

（3）如图所示，小但同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值________（选填“大于”“小于”或“等于”）准确值。